JP5148851B2 - ホウ素系ガス中の金属不純物の除去方法 - Google Patents

Description

本発明は、ホウ素系ガス中の金属不純物の除去方法に関し、詳しくは、半導体分野で使用されているホウ素系ガス中の金属不純物、特に鉄系不純物の除去方法に関する。

半導体プロセスにおいては、使用するガス中の不純物がデバイスの性能や歩留まりに悪影響を及ぼすため、デバイスの高集積化の進行に伴い、ガス中の不純物濃度は、ｐｐｂあるいはｐｐｔオーダー以下の超高純度ガスの需要が増加している。ホウ素系のガスは、主にドーピング用に用いられているが、ガス中に水分や金属等の不純物が存在すると、デバイスの性能に悪影響を及ぼす。このため、ガス中の不純物の低減が原料ガスメーカーに求められており、ガスをフィルターで濾過処理することによってガス中の不純物を除去することが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−２１２４１７号公報

一般に、金属不純物による汚染を嫌うガスラインでは、金属製の部品を極力使用しないようにしており、ガス中の極微細な不純物を除去する際には、金属製のフィルターを使用せずに、特別製の高価な合成樹脂製あるいはセラミック製のフィルターを使用し、フィルター自体から金属不純物を発生させないようにしている。

しかし、通常の半導体プロセスガスの場合は、合成樹脂製あるいはセラミック製のフィルターを使用することでガス中に存在する金属不純物を除去できるが、前述のホウ素系ガス、例えば、Ｂ_２Ｈ_６，ＢＦ_３，ＢＣｌ_３等では、合成樹脂製あるいはセラミック製のフィルターを使用しても金属不純物を十分に除去することはできない。言い換えれば、ホウ素系ガス中に存在する金属不純物は、合成樹脂製あるいはセラミック製のフィルターに捕捉されず、通過していることになる。

そこで本発明は、ホウ素系ガス中に存在する金属不純物を確実に除去して超高純度のホウ素系ガスを得ることができるホウ素系ガス中の金属不純物の除去方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため、本発明のガス容器内に充填されて半導体プロセスガスとして使用されるホウ素系ガス中の金属不純物の除去方法は、前記ホウ素系ガスをステンレス鋼製焼結フィルターで濾過処理すること、また、前記ホウ素系ガスをステンレス粉末に接触させることを特徴としている。

本発明のガス容器内に充填されて半導体プロセスガスとして使用されるホウ素系ガス中の金属不純物の除去方法によれば、ステンレス鋼製焼結フィルターあるいはステンレス粉末でホウ素系ガス中に存在する金属不純物を捕捉することができるので、金属に汚染されていない超高純度のホウ素系ガスを得ることができる。また、一般的で安価なステンレス鋼製焼結フィルターやステンレス粉末が使用可能であり、コストダウンを図ることができる。

図１は本発明のホウ素系ガス中の金属不純物の除去方法を実施する一形態例を示す配管系統図である。ガス容器１１内に充填されたホウ素系ガス中の金属不純物を捕捉して除去するため、該ホウ素系ガスをガス容器１１から導出するための導出経路１２の途中にステンレス鋼製焼結フィルター１３を設けている。また、前記導出経路１２には、必要に応じてパージガスや希釈ガスとして使用するための窒素等を導入する経路、例えばパージガス導入経路１４と、導出するガスの圧力や流量を調整するための弁、例えば圧力調節弁１５とが設けられている。

このように、ホウ素系ガスの導出経路１２にステンレス鋼製焼結フィルター１３を配置することにより、ホウ素系ガス、例えば、ジボラン（Ｂ_２Ｈ_６），三フッ化ホウ素（ＢＦ_３），三塩化ホウ素（ＢＣｌ_３）等のガス中に存在する金属不純物、例えば、鉄（Ｆｅ），銅（Ｃｕ），アルミニウム（Ａｌ），ニッケル（Ｎｉ），マグネシウム（Ｍｇ），クロム（Ｃｒ），マンガン（Ｍｎ），亜鉛（Ｚｎ）等の金属不純物だけでなく、各種微小パーティクルを除去することができ、導出経路１２から超高純度のホウ素系ガスを供給することができる。

なお、本発明で使用するステンレス鋼製焼結フィルターにおける粒度、焼結体の製造条件、形状、構造、空孔率、厚さ等は、ホウ素系ガスの圧力や流速、流量に応じて適宜に設定することができ、長繊維焼結、短繊維焼結、粉体焼結のいずれの焼結体も使用可能で、特に限定されるものではなく、例えば、特公平３-３３３７０号公報に記載された濾過材等を使用することが可能であるが、メッシュは、金属不純物の除去効果を考慮すると５０メッシュ未満に設定することが好ましい。

また、ホウ素系ガスは、ヘリウム、水素、窒素、アルゴン等で希釈されたものであってもよい。さらに、ステンレス鋼製焼結フィルター１３は、圧力調節弁１５の一次側の高圧経路に設けてもよく、二次側の低圧経路に設けてもよい。

さらに、前記ステンレス鋼製焼結フィルター１３に代えて、ステンレス粉末にホウ素系ガスを接触させることによっても、ホウ素系ガス中の金属不純物をステンレス粉末で捕捉して除去することができる。ホウ素系ガスをステンレス粉末に接触させる方法は、ステンレス粉末を通過させない各種フィルター間にステンレス粉末を充填するなどの適宜な方法で行うことができる。

図２に示すように、口径１／４インチの配管を使用した導出経路１２の下流側に捕集容器１６を設けて導出ガス中の金属成分を１％硝酸水に捕捉し、原子吸光光度法によって導出ガス中の金属濃度を測定した。ホウ素系ガスにはヘリウム中に５％のＢＣｌ_３を含むガスを使用し、圧力０．１ＭＰａ（大気圧）、流量０．３５Ｌ／ｍｉｎでステンレス鋼製焼結フィルター（日本精線：ＮＡＳｃｌｅａｎ）１３に導入した。また、ステンレス鋼製焼結フィルター１３に代えて、同一の濾過性能を有するメンブレンフィルター（ＡＤＶＡＮＴＥＣ：メンブレンフィルター）を設け、同じ条件で実験を行い、導出ガス中の金属濃度を測定した。

その結果、濾過処理前に３００ｗｔｐｐｂだった金属濃度が、ステンレス鋼製焼結フィルター１３で濾過処理することによって０．５ｗｔｐｐｂ未満（検出限界以下）に低減されたのに対し、メンブレンフィルターを使用したときには３００ｗｔｐｐｂであった。

粉末状ＳＵＳ３１６（５０ｍｅｓｈ）２００ｇを詰めた内径３／８インチの筒（ＳＵＳ製）に、不純物として１００ｗｔｐｐｂのＦｅを含むＢ_２Ｈ_６を流量０．３５Ｌ／ｍｉｎで流通させたところ、筒出口のＢ_２Ｈ_６中のＦｅ濃度は０．５ｗｔｐｐｂ以下に軽減されていた。また、このガスを連続で１０時間流通させたが、破過することなく除去性能が維持された。なお、粉末状ステンレス鋼を詰めた筒は、２００℃に加熱して十分に乾燥させた後に用いた。

本発明のホウ素系ガス中の金属不純物の除去方法を実施する一形態例を示す配管系統図である。 実施例１で用いた実験装置の系統図である。

符号の説明

１１…ガス容器、１２…導出経路、１３…ステンレス鋼製焼結フィルター、１４…パージガス導入経路、１５…圧力調節弁、１６…捕集容器

Claims (2)

1. ガス容器内に充填されて半導体プロセスガスとして使用されるホウ素系ガス中の金属不純物を除去する方法であって、前記ホウ素系ガスをステンレス鋼製焼結フィルターで濾過処理することを特徴とするホウ素系ガス中の金属不純物の除去方法。
2. ガス容器内に充填されて半導体プロセスガスとして使用されるホウ素系ガス中の金属不純物を除去する方法であって、前記ホウ素系ガスをステンレス粉末に接触させることを特徴とするホウ素系ガス中の金属不純物の除去方法。

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